天然气在惰性多孔介质内预混燃烧的数值模拟研究

摘要

为缓解能源结构不合理造成的环境污染问题，我国加快了天然气的使用力度，发展高效、低污染排放的天然气燃烧技术具有非常重要的现实意义。天然气在惰性多孔介质内的预混燃烧技术在很多方面体现出了其优越性，成为近年来燃烧领域的研究重点之一。 本文对天然气在惰性多孔介质内的预混燃烧过程进行了数值模拟研究。在数值模拟过程中，为了保证结果的准确性，本文用分子动力学理论详细计算各组分的热物性参数和传输参数，包括比热容、粘性系数、扩散系数以及导热系数等。 YIX方法是求解辐射传递方程的一种新方法，在求解非均匀介质中的辐射传递方程方面具有处理方便、准确性高等优点。本文用YIX方法对惰性多孔介质内的一维辐射传递方程进行求解。 由于火焰附近的温度梯度很大，本文采用非均匀网格，用有限差分法对控制方程组进行了离散，在此基础上用Fortran语言编写了计算程序。在计算过程中，用牛顿法求解非线性方程组。由于火焰传播问题是特征值问题，本文采用固定燃烧器内某一点温度的方法求解。 对数值模拟结果的分析表明，多孔介质的辐射以及气体和固体间的对流传热是影响惰性多孔介质燃烧器性能的主要因素。对流传热系数的增加会增加气体和多孔介质固体之间的热量交换，从而减小两者之间的温度差。多孔介质衰减系数的提高意味着辐射传热能力的下降，导致反应区向火焰上游和下游传递的热量减少，从而提高了反应区的温度。